某電腦顯示器產(chǎn)品,在正常顯示畫面時,對金屬端子進行±4KV接觸放電時出現(xiàn)自動待機現(xiàn)象,反復(fù)驗證多次問題現(xiàn)象確實存在,排除概率性、隨機性問題的可能性。
出現(xiàn)自動待機現(xiàn)象時,重新按開關(guān)按鍵可以正常開機,電腦顯示器電路原理框圖如下所示:
根據(jù)電腦顯示器電路原理框圖可知,出現(xiàn)自動待機現(xiàn)象主要與復(fù)位電路、DC-DC電源、按鍵控制電路、顯示控制芯片電路相關(guān)。引起系統(tǒng)出現(xiàn)自動待機現(xiàn)象的條件如下:
12V轉(zhuǎn)5V DC-DC工作狀態(tài)異常,出現(xiàn)輸出電壓跌落,導(dǎo)致后端LD0、顯示控制芯片因工作電壓低于額定工作電壓出現(xiàn)異常,系統(tǒng)出現(xiàn)自動待機。顯示控制芯片的復(fù)位電路受到靜電放電噪聲干擾,導(dǎo)致復(fù)位電路的誤動作,引發(fā)系統(tǒng)錯誤的復(fù)位操作,系統(tǒng)出現(xiàn)自動待機。
按鍵控制電路受到靜電放電干擾,導(dǎo)致按鍵誤觸發(fā),發(fā)出錯誤的關(guān)機指令,系統(tǒng)出現(xiàn)自動待機。顯示控制芯片本身受到靜電放電干擾,導(dǎo)致其工作狀態(tài)出現(xiàn)異常,出現(xiàn)系統(tǒng)自動進入待機模式。
靜電放電過程中使用示波器測量12V轉(zhuǎn)5V DC-DC輸出端5V電壓,發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)瞬間電壓跌落到2.96V,反復(fù)測量多次確認DC-DC輸出端確實出現(xiàn)電壓跌落現(xiàn)象,12V轉(zhuǎn)5V DC-DC電路如下圖所示:
為確認是否因5V DC-DC輸出電壓跌落引起系統(tǒng)自動待機問題,將DC-DC電源斷開使用穩(wěn)壓源提供系統(tǒng)5V供電,靜電放電系統(tǒng)自動待機現(xiàn)象消失,確認是DC-DC輸出端電壓跌落引起后端系統(tǒng)工作狀態(tài)異常,DC-DC輸出電壓在靜電放電過程中測量波形如下圖所示:
DC-DC輸出端電壓跌落的原因主要有:EN腳開啟電壓瞬間低于額定電壓,DC-DC出現(xiàn)瞬間關(guān)斷輸出電壓跌落,后端電解電容容量較小,電壓補償來不及;DC-DC反饋環(huán)路受到靜電放電干擾,導(dǎo)致反饋信息出錯,DC-DC芯片做出誤調(diào)整引起輸出電壓瞬間跌落,后端電解電容容量較小,電壓補償來不及。
根據(jù)DC-DC電路設(shè)計可知,DC-DC芯片EN腳采用12V電壓輸入被RD7/RD4電阻分壓,其中RD4電阻參數(shù)為20Kohm,RD7電阻為100Kohm,通過計算得出EN腳的供電電壓為12V*(20/100+20)=2V。
根據(jù)DC-DC芯片規(guī)格書上對EN腳描述說明可知,EN腳需要高電平開啟,建議設(shè)計是直接接100Kohm電阻上拉到輸出電源Vin,而實際上的電路設(shè)計不符合芯片規(guī)格書要求。根據(jù)數(shù)字電路高、低電平定義,此電平值處于不確定電平段,極易導(dǎo)致芯片誤判。(數(shù)字電路電平定義:≦0.7V為低電平,≧2.8V為高電平,0.7V≦開啟電壓≦2.8V應(yīng)避免)
仔細查閱芯片規(guī)格書可知EN腳工作最低電壓要求為1.5V,實際工作電壓設(shè)置為2V,處于臨界值日,非常不安全,將EN腳下拉電阻RD4移除,電壓達到12V,靜電放電測試時自動待機現(xiàn)象消失。
12V轉(zhuǎn)5V DC-DC是系統(tǒng)主電源,由于EN腳分壓電阻參數(shù)選擇不當(dāng),實際工作電壓為2V,而EN腳工作最低電壓要求為1.5V,實際工作電壓處于SPEC要求的下限。
靜電放電電流流過參考地平面時,引起參考地電位波動,DC-DC EN腳參考電壓跟隨地電位波動,波動范圍超過DC-DC芯片EN腳開啟電壓容限,出現(xiàn)DC-DC芯片被誤關(guān)閉引起輸出電壓跌落,后端電解電容容量較小,來不及補償輸出電壓,導(dǎo)致后端電路因輸出電壓低于額定工作電壓,系統(tǒng)出現(xiàn)自動待機現(xiàn)象。
根據(jù)問題原因分析,試驗驗證結(jié)果,結(jié)合DC-DC芯片規(guī)格書使用說明要求,結(jié)合成本最優(yōu)原則,問題解決方案如下:
問題解決方案(一):將DC-DC芯片EN腳對地分壓電阻參數(shù)由20K改為47K,工作電壓由2V調(diào)整到3.6V,使DC-DC EN腳實際工作電壓在芯片規(guī)格書允許的安全范圍內(nèi)。
問題解決方案(二):將DC-DC芯片EN腳對地分壓電阻移除,工作電壓由2V調(diào)整到6.67V,使DC-DC EN腳實際工作電壓在芯片規(guī)格書允許的安全范圍內(nèi)。(解決方案二)綜合評估采用解決方案(一)
關(guān)于DC-DC芯片電路設(shè)計應(yīng)嚴(yán)格遵守芯片應(yīng)用手冊,尤其是EN腳、反饋信號、輸出端濾波電感、電解電容關(guān)鍵器件選型。本案例DC-DC輸出端電解電容參數(shù)由100uF改為470uF甚至更大容量電容時輸出電壓跌落問題就不是非常明顯,則很容易忽略,很難被發(fā)現(xiàn)。